深さ方向分析
Depth Profiling

by (９７年度滝口洋一、 岡晃次、広葉正和)

物質の表面から物質内部に向かっての元素濃度の変化、深さ方向の濃度分布の事を デプスプロファイル (depth profile) と呼び、デプスプロファイルを測定する事を 深さ方向分析、デプスプロファイリング (depth profiling) という。 これは半導体デバイスの分野や、各種コーティングの分野などの現場で必要とされる 実用上重要な測定技術である。深さ方向分析には色々な手法があるが、 ここで述べる方法は表面分析技術とイオンビームによるスパッタエッチング を組み合わせる方法である。オージェ電子分光法などの表面分析法で 表面数原子層の厚み内の元素濃度を測定できるわけだが、試料にイオンビームを 照射し、スパッタエッチングを行い表面を削りながら表面分析を連続的に 行えば深さ方向の濃度変化を測定できる。

深さ方向の分解能(測定の精度)は主に次の三つのパラメータによって決定される。

• 原子混合(Atomic Mixing)： スパッタリングの際、試料内で原子の球撞き衝突が連続的に生じるため、各原子の 位置は初期の場所と異なってしまう。混合層の厚みは数１０Åのオーダーである。 これ以上の分解能はスパッタリング現象を利用している限り不可能である。

• 表面荒さ(Surface Roughness)： 表面を削って行く際に完全に平坦には削る事ができず凹凸ができてしまう。 これにより深い部分と浅い部分を同時に測定してしまう事になり分解能が劣化する。 凹凸の高低差は数Åから１０Å程度である。

• 情報深さ(Information Depth)： 例えば表面分析法としてオージェ電子分光法を用いるとする。検出すべき信号である オージェ電子は表面第１層からだけではなく、試料内部からも放出される。 エネルギーが小さいためにあまり深くなると表面に到達するまでに散乱を受けてしまい、 真空中へ脱出する事ができない。オージェ電子の脱出深さは５〜２０Å程度である。 従ってこの程度の厚みの層の平均組成を測定している事になる。これによっても やはり分解能は劣化する。

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